Studie zeigt Bewegung, Evolutionsgeschichte der Tuberkulose in China

Ein genetischer Scan einer großen Anzahl von Proben, die von Tuberkulosepatienten in ganz China entnommen wurden, hat eine überraschende genetische Einheitlichkeit gezeigt: Nur zwei „Stämme“ des Tuberkulosebakteriums machen 99,4 Prozent aller Fälle aus.

Weltweit wird TB durch sieben Hauptstämme verursacht.

„Ja, ich war überrascht über den Mangel an Vielfalt im Bakterium“, sagte Caitlin Pepperell, eine außerordentliche Professorin für medizinische Mikrobiologie an der University of Wisconsin-Madison. Pepperell ist ein korrespondierender Autor in einem heute (5. November) in Nature Ecology and Evolution online veröffentlichten Papier, das 4.578 Proben von Patienten in China betrachtete.

Zu den Co-Autoren von Pepperell gehörten Qian Gao und Qingyun Liu, beide am Shanghai Public Health Clinical Center und an der Fudan University in Shanghai.

In China gibt es jährlich etwa eine Million neuer TB-Fälle, eine Zahl, die langsam abnimmt. Jedes Jahr sterben weltweit schätzungsweise 1,7 Millionen Menschen in 10 Millionen Fällen an TB, was sie zur tödlichsten Infektionskrankheit macht. Besonders akut ist die Pandemie in den Entwicklungsländern Asiens und Afrikas südlich der Sahara.

Die wahrscheinlichste Erklärung für die Einheitlichkeit der TB-Stämme in China ist die politische. Die Bewegung in das alte Reich wurde durch dynastische Politik der Abgeschiedenheit eingeschränkt, sagt Pepperell. „Die Hypothese, mit der meine Kollegen und ich den überraschenden Mangel an Vielfalt erklären, ist, dass zu der Zeit, als die aktuelle TB-Epidemie in China Einzug hielt, es weniger Kontakt zu anderen Regionen gab als zu zeitgenössischen Gesellschaften anderswo, aber es gab viel Bewegung innerhalb Chinas.“

Diese interne Bewegung ermöglichte es, dass sich die Sorte Lineage 2 oder L2 in China weit verbreitete, wo sie heute 80 Prozent der aktuellen Fälle ausmacht. Es wird geschätzt, dass L2 in Südostasien entstanden ist, mit der anschließenden Entwicklung wichtiger Tochterstämme in China.

Die Einführung der Sorte Lineage 4, die heute 17 Prozent der Fälle in China verursacht, war wahrscheinlich von Schiffen, die zwischen 1084 und 1336 n. Chr. im Seidenhandel tätig waren.

Und weil anscheinend nur wenige andere Stämme in China eingeführt wurden, ist das Ergebnis ein Bild, das sonst nirgendwo zu sehen ist – von zwei dominanten Stämmen in einer Pandemie, die seit tausend Jahren oder mehr besteht.

Mehrere Merkmale unterscheiden die TB von anderen Krankheitserregern und machen ihre Entwicklung vom menschlichen Verhalten abhängig. Mycobacterium tuberculosis teilt die DNA nicht mit anderen Bakterienarten. Dieses gefährliche Phänomen, das als „horizontaler Gentransfer“ bezeichnet wird, ermöglicht eine schnelle Bewegung von Eigenschaften wie Antibiotikaresistenz zwischen Bakterien.

Und weil TB keine nichtmenschlichen Wirte hat, infiziert sie sich nur durch menschlichen Kontakt und führt zu einem langsameren Fortschritt im Vergleich zu vielen anderen Epidemien.

Obwohl diese Faktoren dazu beitragen könnten, zu erklären, warum eine politische Entscheidung zur Isolierung Chinas es ermöglichte, dass sich zwei Stämme weitgehend unverändert durch das Land bewegten, war die Studie nicht dazu gedacht, die Ursache zu beweisen.

Die neue Studie ergänzt ein sich abzeichnendes Bild von der Ausbreitung der gefährlichen und anhaltenden TB-Epidemie auf der ganzen Welt. In einem kürzlich erschienenen Bericht in Science Advances untersuchten Pepperell und seine Kollegen Lineage 4, die vorherrschende internationale Sorte, und kamen zu dem Schluss, dass „die wiederholte Beschaffung aus Europa der Hauptantrieb für die globale Expansion von L4 war, mit einer intensiven Verbreitung nach Afrika und Amerika, die mit den europäischen Kolonisierungsbemühungen einherging“ zwischen 1600 und 1900.

Diese Studie ergab auch, dass TB-Stämme, die in den letzten Jahrzehnten gegen Mehrfachmedikamente resistent waren, „überwiegend“ lokal geblieben sind. Diese ermutigende Erkenntnis eröffnet die Möglichkeit, die Ausbreitung dieser besonders gefährlichen Krankheitserreger zu begrenzen.

Nach jahrzehntelang geringen Fortschritten bei der medikamentösen Behandlung von TB sind neue Medikamente bereits im Einsatz oder in der Entwicklung, ergänzt Pepperell. Da jedoch viele Menschen die Einnahme der Pillen einstellen, bevor das Bakterium vollständig besiegt ist, fordert die Standardpraxis die Ärzte auf, darauf zu achten, dass die Dosen tatsächlich für mindestens die sechs Monate eingenommen werden, die zur Beseitigung der Infektion erforderlich sind.

Pepperell, die neben ihrer Forschung auch Infektionsmedizin praktiziert, sagt, dass ein Hauptziel der genetischen Studien darin besteht, ein evolutionäres Verständnis dafür zu gewinnen, warum TB so schwer zu behandeln und auszumerzen ist. „Wir sprechen von Robustheit und Anpassungsfähigkeit“, sagt sie. „Ein robuster Organismus ist stark gegen Störungen. Anpassungsfähigkeit ist die Fähigkeit, sich als Reaktion auf eine Veränderung der Umgebungsbedingungen zu verändern.“

Offensichtlich ist die in China dominierende Sorte Lineage 2 robust. Es ist auch eine der Hauptursachen für arzneimittelresistente TB und beweist damit auch seine Anpassungsfähigkeit.

Allein die aktuelle Studie, fügt sie hinzu, „wird uns nicht sagen, warum die Behandlung und Tilgung von TB so schwierig ist, und sie wird die Behandlung nicht direkt verändern. Der übergreifende Beitrag dieser Art von Studie besteht darin, zu verstehen, welche Kräfte diese Bakterien geformt haben. Das ist natürlich relevant für die Behandlung und die Arzneimittelresistenz, aber man kann aus dem, was wir bisher gefunden haben, keinen direkten Schluss ziehen und sagen: „Das werden die Auswirkungen sein.“

Mehr Informationen:
Die Tuberkulose-Epidemie in China ist auf die historische Ausdehnung von vier Stämmen der Mycobacterium tuberculosis, Nature Ecology and Evolution (2018) zurückzuführen. DOI: 10.1038/s41559-018-0680-6, https://www.nature.com/articles/s41559-018-0680-6

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